[发明专利]一种平行电场静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。

背景技术

随着纳米技术的升温，静电纺丝方法由于其可以制备出纳米级的纤维而成为当今的研究热点之一。静电纺丝方法已被公认为是制备纳米纤维最简单最有效的方法，目前已有三十多种聚合物通过此方法成功制得超细纤维，最小的直径达到几十纳米。关于静电纺丝的研究结果，这几年来相关文献都呈指数增加。

静电纺丝的原理，就是通过在喷头与接收装置间施加高的电压，使两者间形成电场，被极化的熔体或溶液在电场力作用下，喷射到接收板上，形成超细的纤维。但是目前已有的静电纺丝装置，其电场形态都是采用一个相对面积很小的喷嘴或毛细管和一个相对面积很大的接收装置形成的，这种电场的均匀性与规则性都欠佳，因此使纺出的丝所受电场力不均，下落过程发生无规鞭动，纤维路径可控性差，从而使有序接收的难度加大。

发明内容

本发明提出的一种平行电场静电纺丝装置，它通过在喷嘴上加一个与接收装置形状完全一致的平行板来实现，从而有效地调整纺丝电场，使电场的均匀性与规整性有了明显的提高，使纺出的纤维受到比较均匀的电场力，从而有效降低了纺丝纤维的鞭动，使纺丝纤维的下落轨迹更加稳定。

本发明提供了一种可以产生平行电场的静电纺丝装置，它主要包括接收装置、喷嘴、喷头、平行板、加热圈、料筒、活塞轴、端盖、螺钉、温度传感器和高压静电发生器；其中，平行板与接收装置的形状完全相同，安装时，两者平行相对，以产生均匀的电场，平行板与接收装置的形状可以为圆形、方形、三角形和任意的多边形；接收装置与高压电源的正极相接，平行板接地；平行板与料筒采用四个在周向均匀分布的螺钉连接，两者也可直接采用螺纹连接；喷嘴与喷头采用锥面配合；喷嘴通过螺纹直接与料筒连接，也可通过周向均匀分布的螺钉连接；活塞轴可在料筒内上下运动且不会产生漏料；活塞轴与端盖采用螺纹连接，也可加工成一体。

本发明适合于聚合物熔体或溶液的静电纺丝，纺丝原料可以是聚合物颗粒料或粉料或切片或熔体或溶液。接收装置可以采取多种形式如导电平板和导电网。高压静电发生器的输出极为正极。

附图说明

图1为本发明一种平行电场静电纺丝装置的示意图

图中：1-接收装置  2-平行板  3-加热圈  4-料筒  5-活塞轴  6-端盖7-温度传感器  8-喷嘴  9-螺钉  10-喷头  11-高压静电发生器

具体实施方式

本发明，一种可以产生平行电场的静电纺丝装置，采取如图1所示的装置示意图，它主要包括接收装置1，可产生高电压的高压静电发生器11与接收装置1平行安装，大小、形状完全一致的平行极2，连接平行板2与料筒4的螺钉9，与喷嘴8采取锥面配合的喷头10，与料筒4采取螺纹连接可方便拆卸的喷嘴8，用于物料加热的加热圈3，钢结构的料筒4，可在料筒4内上下运动又不会产生漏料的活塞轴5，端盖6，温度传感器7。

纺丝步骤：首先，通过加热圈3，将料筒7加热到预设温度。达到温度后往料筒7里添加纺丝原料，等到物料熔融，喷头10出现即将脱落的熔体滴时，打开高压静电发生器1 1的电源开关，电源的输出电压从0开始往上调，一直到喷头10末端的熔体滴变形并喷射出细丝为止。熔体丝在运动过程中冷却，汇集到接收装置1上。喷射出来的熔体细流，经过电场的拉伸，最后可以形成超细的纤维。

本发明中，其他纺丝条件不变，只改变接收板与平行板的尺寸进行对比实验。当两者尺寸均为100mm×100mm的方板时，纺丝路径比传统的点对面接收方式要规则，但是，还是会发生少量的偏移；当接收装置和平行板尺寸均为150mm×150mm时，纺丝路径还是有偏移，说明两者间不能形成特别规整的电场；当把两者的尺寸变为200mm×200mm时，可以观察到在纺丝区域纤维垂直下落。因此说明，接收装置与平行板的形状完全一致，可以有效提高电场规整性；实验发现当方板边长尺寸≥200mm时，就基本可以忽略周围其他金属物体的干扰，在纺丝区域形成规整的电场，使纤维下落路径竖直均匀，降低有序接收的难度。施加平行板后纺丝场周围的物体可以是导电材料，不会对平行电场产生明显干扰。

本发明的一个实施例：纺丝原料是聚丙烯粒料，纺丝温度设置为230℃。纺丝电压为0～80kv，接收装置1和平行板2为导电网，两者尺寸均为200mm×200mm的方板，喷头10底端熔体出口与接收装置1的距离20cm。纤维竖直下落，路径稳定。